CN116399243A - 一种薄膜材料厚度测量系统以及该系统的安装定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种薄膜材料厚度测量系统以及该系统的安装定位方法，该系统包括支架、两个3D线扫成像设备、两个三维旋转及一维平移调节装置、高精度双面反射装置和二维旋转调节及一维平移装置，两个3D线扫成像设备分别通过三维旋转及一维平移调节装置安装于支架的两端；高精度双面反射装置和待测薄膜材料均安装于二维旋转调节及一维平移装置上，并均设于两个3D线扫成像设备之间，使3D线扫成像设备可以同时测量薄膜材料和高精度双面反射装置；可通过高精度双面反射装置的厚度数据标定由两个3D线扫成像设备测得的厚度数据；两个3D线扫成像设备均垂直于待测薄膜材料的表面，并且两个3D线扫成像设备的扫描线对齐。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜材料厚度测量技术领域，具体的，本发明涉及一种薄膜材料厚度测量系统以及该系统的安装定位方法。
背景技术
在生产或研发中，经常需要对薄膜材料的厚度进行精准测量，例如，在锂电行业中，极片需配备激光在线检测装置来监控极片的厚度，保证生产的极片厚度是在合格范围内。
现有技术中通常依赖机械加工和安装精度来实现激光在线检测装置的垂直度和对齐度，但垂直度和对齐度的实际实现效果难以衡量，导致对薄膜材料测量的数据不够准确，测量精度不高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种薄膜材料厚度测量系统以及该系统的安装定位方法，以解决上述的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：一种薄膜材料厚度测量系统，其改进之处在于：包括支架、两个3D线扫成像设备、相应于3D线扫成像设备的两个三维旋转及一维平移调节装置、高精度双面反射装置和二维旋转调节及一维平移装置，
两个3D线扫成像设备分别通过三维旋转及一维平移调节装置安装于支架的两端；
高精度双面反射装置和待测薄膜材料均安装于二维旋转调节及一维平移装置上，并均设于两个3D线扫成像设备之间，使3D线扫成像设备可以同时测量薄膜材料和高精度双面反射装置；
高精度双面反射装置的两个面均为反射镜面，且两个面平行，使得可通过高精度双面反射装置的厚度数据标定由两个3D线扫成像设备测得的厚度数据；
两个3D线扫成像设备均垂直于待测薄膜材料的表面，并且两个3D线扫成像设备的扫描线对齐。
在上述系统中，所述高精度双面反射装置为高精度双面金属反射镜。
本发明还提供了一种薄膜材料厚度测量系统的安装定位方法，对所述的一种薄膜材料厚度测量系统进行定位安装，包括以下的步骤：
S1、将两个3D线扫成像设备通过三维旋转及一维平移调节装置安装于支架的两端；
S2、将高精度双面金属反射镜和待测薄膜材料均安装于二维旋转调节及一维平移装置上，并均设于两个3D线扫成像设备之间，高精度双面金属反射镜的两个面均为反射镜面，且两个面平行；
S3、调整3D线扫成像设备，通过目测实现初步的3D线扫成像设备所在面与待测薄膜材料面的垂直，使两个3D线扫成像设备在待测薄膜材料上的扫面线基本重合对齐；
S4、调节二维旋转调节及一维平移装置中的一维平移结构，使3D线扫成像设备可以同时测量到待测薄膜材料和高精度双面金属反射镜；
S5、分别使两个3D线扫成像设备的线激光的中心线，均与高精度双面金属反射镜的表面垂直；
S6、调节二维旋转调节及一维平移装置中的一维平移机构，使得一侧的3D线扫成像设备的线激光直接照射另一侧的3D线扫成像设备表面；
S7、调节一侧的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，使该侧的3D线扫成像设备的姿态围绕z轴旋转，同时调节三维旋转及一维平移调节装置中的一维平移机构，使得来自另一侧的3D线扫成像设备的线激光通过这一侧的3D线扫成像设备的激光发射光学系统和激光接受光学系统窗口的中心，此时两个3D线扫成像设备对齐对射；
S8、调节二维旋转调节及一维平移装置中的一维平移机构，使得两个3D线扫成像设备可以对高精度双面金属反射镜进行测量，并通过高精度双面金属反射镜的厚度数据标定由两个3D线扫成像设备测得的厚度数据；
S9、调节二维旋转调节及一维平移装置中的的一维平移机构，使得薄膜材料可以正常安装。
在上述方法中，所述的步骤S5中，使两个3D线扫成像设备的线激光的中心线，与高精度双面金属反射镜的表面垂直，需对两侧的3D线扫成像设备都执行以下的步骤：
S51、一侧的3D线扫成像设备同时测量薄膜材料和高精度双面金属反射镜，3D线扫成像设备获取一次数据，获得此时3D线扫成像设备扫描线上的高度分布，此高度分布覆盖薄膜材料区域和高精度双面金属反射镜区域；
S52、调节同侧的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，令该侧的3D线扫成像设备的姿态围绕z轴旋转任意角度，同时测量薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面，此时3D线扫成像设备的扫描线姿态发生变化，但仍然同时经过薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面，此时再次获取3D线扫成像设备扫描线上的高度分布；
S53、计算薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面的平行度，当该平行度差于设定的阈值，则调节二维旋转调节及一维平移装置中的二维旋转调节机构，并跳转至步骤S51，直至薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面的平行度优于设定的阈值，然后跳转至步骤S54；
S54、调节同侧的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，使该侧的3D线扫成像设备的姿态围绕x轴旋转，使得3D线扫成像设备发出的线激光被高精度双面金属反射镜反射后落在3D线扫成像设备，且通过3D线扫成像设备的激光发射光学系统和激光接受光学系统窗口的中心，此时3D线扫成像设备与高精度双面金属反射镜的表面垂直；
S55、调节同侧的3D线扫成像设备所相应的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，使该3D线扫成像设备的姿态围绕y轴旋转，使得3D线扫成像设备获得的高精度双面金属反射镜的高度分布在3D线扫成像设备的数据中两侧对称分布，3D线扫成像设备的线激光的中心线垂直于高精度双面金属反射镜的表面。
在上述方法中，所述步骤S6中，在使一侧的3D线扫成像设备的线激光直接照射另一侧的3D线扫成像设备表面时，移开待测薄膜材料。
本发明的有益效果是：通过使两个3D线扫成像设备安装后都严格垂直于待测薄膜材料的表面，同时两个3D线扫成像设备器的扫描线严格对齐，实现更高的测量精度，提高了测量数据的准确性。
附图说明
附图1为本发明的一种薄膜材料厚度测量系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1所示，本发明提供了一种薄膜材料厚度测量系统，包括支架、两个3D线扫成像设备、相应于3D线扫成像设备的两个三维旋转及一维平移调节装置、高精度双面反射装置和二维旋转调节及一维平移装置，所述高精度双面反射装置为高精度双面金属反射镜，两个3D线扫成像设备分别通过三维旋转及一维平移调节装置安装于支架的两端；高精度双面金属反射镜和待测薄膜材料均安装于二维旋转调节及一维平移装置上，并均设于两个3D线扫成像设备之间，使3D线扫成像设备可以同时测量薄膜材料和高精度双面金属反射镜；高精度双面金属反射镜的两个面均为反射镜面，且两个面平行，使得可通过高精度双面反射装置的厚度数据标定由两个3D线扫成像设备测得的厚度数据；两个3D线扫成像设备均垂直于待测薄膜材料的表面，并且两个3D线扫成像设备的扫描线对齐，提高了测量数据的准确性，实现更高的测量精度。3D线扫成像设备可以是3D线激光轮廓仪，也可以是线光谱共焦传感器，也可以是其他3D线扫成像设备,参照图1所示，本实施例中以3D线激光轮廓仪作为示例来说明。薄膜材料可以是极片，也可以是其他薄膜材料，参照图1所示，本实施例中以极片作为示例来说明。
本发明还揭示了一种薄膜材料厚度测量系统的安装定位方法，通过该方法对上述的一种薄膜材料厚度测量系统进行定位安装，包括以下的步骤S1-S9：
S1、将两个3D线扫成像设备通过三维旋转及一维平移调节装置安装于支架的两端；
S2、将高精度双面金属反射镜和待测薄膜材料均安装于二维旋转调节及一维平移装置上，并均设于两个3D线扫成像设备之间，高精度双面金属反射镜的两个面均为反射镜面，且两个面平行；
S3、调整3D线扫成像设备，通过目测实现初步的3D线扫成像设备所在面与待测薄膜材料面的垂直，使两个3D线扫成像设备在待测薄膜材料上的扫面线基本重合对齐；
S4、调节二维旋转调节及一维平移装置中的一维平移结构，使3D线扫成像设备可以同时测量到待测薄膜材料和高精度双面金属反射镜；
S5、分别使两个3D线扫成像设备的线激光的中心线，均与高精度双面金属反射镜的表面垂直；
具体的，使两个3D线扫成像设备的线激光的中心线，与高精度双面金属反射镜的表面垂直，需对两侧(参照图1所示，两个3D线扫成像设备分别位于高精度双面金属反射镜的两侧)的3D线扫成像设备都执行以下的步骤S51-S55，下面以其中一侧的3D线扫成像设备来执行步骤S51-S55为例，进行说明：
S51、一侧的3D线扫成像设备同时测量薄膜材料和高精度双面金属反射镜，3D线扫成像设备获取一次数据，获得此时3D线扫成像设备扫描线上的高度分布，此高度分布覆盖薄膜材料区域和高精度双面金属反射镜区域；
S52、调节同侧(即与步骤S51中所述的一侧的同侧)的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，令该侧的3D线扫成像设备的姿态围绕z轴旋转任意角度，同时测量薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面，此时3D线扫成像设备的扫描线姿态发生变化，但仍然同时经过薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面，此时再次获取3D线扫成像设备扫描线上的高度分布；
S53、结合步骤S51和步骤S52的结果，计算薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面的平行度，当该平行度差于设定的阈值，则调节二维旋转调节及一维平移装置中的二维旋转调节机构，并跳转至步骤S51，直至薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面的平行度优于设定的阈值，然后跳转至步骤S54；
S54、调节同侧(即与步骤S51中所述的一侧的同侧)的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，使该侧的3D线扫成像设备的姿态围绕x轴旋转，使得3D线扫成像设备发出的线激光被高精度双面金属反射镜反射后落在3D线扫成像设备，且通过3D线扫成像设备的激光发射光学系统和激光接受光学系统窗口的中心，此时3D线扫成像设备与高精度双面金属反射镜的表面垂直；
S55、调节同侧(即与步骤S51中所述的一侧的同侧)的3D线扫成像设备所相应的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，使该3D线扫成像设备的姿态围绕y轴旋转，使得3D线扫成像设备获得的高精度双面金属反射镜的高度分布在3D线扫成像设备的数据中两侧对称分布，3D线扫成像设备的线激光的中心线垂直于高精度双面金属反射镜的表面；
S6、调节二维旋转调节及一维平移装置中的一维平移机构，使得一侧的3D线扫成像设备的线激光直接照射另一侧的3D线扫成像设备表面；需要时，可以移开待测薄膜材料；
S7、调节一侧的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，使该侧3D线扫成像设备的姿态围绕z轴旋转，同时调节三维旋转及一维平移调节装置中的一维平移机构，使得来自另一侧的3D线扫成像设备的线激光通过这一侧的3D线扫成像设备的激光发射光学系统和激光接受光学系统窗口的中心，此时两个3D线扫成像设备对齐对射；
S8、调节二维旋转调节及一维平移装置中的一维平移机构，使得两个3D线扫成像设备可以对高精度双面金属反射镜进行测量，并通过高精度双面金属反射镜的厚度数据标定由两个3D线扫成像设备测得的厚度数据；
S9、调节二维旋转调节及一维平移装置中的一维平移机构，使得薄膜材料可以正常安装。保证了两个3D线扫成像设备安装后都垂直于待测薄膜材料表面，同时两个3D线扫成像设备器的扫描线对齐，提高了测量数据的准确性，实现更高的测量精度。
本发明通过使两个3D线扫成像设备安装后都垂直于待测薄膜材料的表面，同时两个3D线扫成像设备器的扫描线对齐，实现更高的测量精度，提高了测量数据的准确性。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (5)
1.一种薄膜材料厚度测量系统，其特征在于：包括支架、两个3D线扫成像设备、相应于3D线扫成像设备的两个三维旋转及一维平移调节装置、高精度双面反射装置和二维旋转调节及一维平移装置，
两个3D线扫成像设备分别通过三维旋转及一维平移调节装置安装于支架的两端；
高精度双面反射装置和待测薄膜材料均安装于二维旋转调节及一维平移装置上，并均设于两个3D线扫成像设备之间，使3D线扫成像设备可以同时测量薄膜材料和高精度双面反射装置；
高精度双面反射装置的两个面均为反射镜面，且两个面平行，使得可通过高精度双面反射装置的厚度数据标定由两个3D线扫成像设备测得的厚度数据；
两个3D线扫成像设备均垂直于待测薄膜材料的表面，并且两个3D线扫成像设备的扫描线对齐。
2.如权利要求1所述的一种薄膜材料厚度测量系统，其特征在于：所述高精度双面反射装置为高精度双面金属反射镜。
3.一种薄膜材料厚度测量系统的安装定位方法，其特征在于：对权利要求1-2中任一项所述的一种薄膜材料厚度测量系统进行定位安装，包括以下的步骤：
S1、将两个3D线扫成像设备通过三维旋转及一维平移调节装置安装于支架的两端；
S2、将高精度双面金属反射镜和待测薄膜材料均安装于二维旋转调节及一维平移装置上，并均设于两个3D线扫成像设备之间，高精度双面金属反射镜的两个面均为反射镜面，且两个面平行；
S3、调整3D线扫成像设备，通过目测实现初步的3D线扫成像设备所在面与待测薄膜材料面的垂直，使两个3D线扫成像设备在待测薄膜材料上的扫面线基本重合对齐；
S4、调节二维旋转调节及一维平移装置中的一维平移结构，使3D线扫成像设备可以同时测量到待测薄膜材料和高精度双面金属反射镜；
S5、分别使两个3D线扫成像设备的线激光的中心线，均与高精度双面金属反射镜的表面垂直；
S6、调节二维旋转调节及一维平移装置中的一维平移机构，使得一侧的3D线扫成像设备的线激光直接照射另一侧的3D线扫成像设备表面；
S7、调节一侧的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，使该侧的3D线扫成像设备的姿态围绕z轴旋转，同时调节三维旋转及一维平移调节装置中的一维平移机构，使得来自另一侧的3D线扫成像设备的线激光通过这一侧的3D线扫成像设备的激光发射光学系统和激光接受光学系统窗口的中心，此时两个3D线扫成像设备对齐对射；
S8、调节二维旋转调节及一维平移装置中的一维平移机构，使得两个3D线扫成像设备可以对高精度双面金属反射镜进行测量，并通过高精度双面金属反射镜的厚度数据标定由两个3D线扫成像设备测得的厚度数据；
S9、调节二维旋转调节及一维平移装置中的的一维平移机构，使得薄膜材料可以正常安装。
4.如权利要求3所述的一种薄膜材料厚度测量系统的安装定位方法，其特征在于：所述的步骤S5中，使两个3D线扫成像设备的线激光的中心线，与高精度双面金属反射镜的表面垂直，需对两侧的3D线扫成像设备都执行以下的步骤：
S51、一侧的3D线扫成像设备同时测量薄膜材料和高精度双面金属反射镜，3D线扫成像设备获取一次数据，获得此时3D线扫成像设备扫描线上的高度分布，此高度分布覆盖薄膜材料区域和高精度双面金属反射镜区域；
S52、调节同侧的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，令该侧的3D线扫成像设备的姿态围绕z轴旋转任意角度，同时测量薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面，此时3D线扫成像设备的扫描线姿态发生变化，但仍然同时经过薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面，此时再次获取3D线扫成像设备扫描线上的高度分布；
S53、计算薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面的平行度，当该平行度差于设定的阈值，则调节二维旋转调节及一维平移装置中的二维旋转调节机构，并跳转至步骤S51，直至薄膜材料和高精度双面金属反射镜表面的平行度优于设定的阈值，然后跳转至步骤S54；
S54、调节同侧的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，使该侧的3D线扫成像设备的姿态围绕x轴旋转，使得3D线扫成像设备发出的线激光被高精度双面金属反射镜反射后落在3D线扫成像设备，且通过3D线扫成像设备的激光发射光学系统和激光接受光学系统窗口的中心，此时3D线扫成像设备与高精度双面金属反射镜的表面垂直；
S55、调节同侧的3D线扫成像设备所相应的三维旋转及一维平移调节装置中的三维旋转调节结构，使该3D线扫成像设备的姿态围绕y轴旋转，使得3D线扫成像设备获得的高精度双面金属反射镜的高度分布在3D线扫成像设备的数据中两侧对称分布，3D线扫成像设备的线激光的中心线垂直于高精度双面金属反射镜的表面。
5.如权利要求4所述的一种薄膜材料厚度测量系统的安装定位方法，其特征在于：所述步骤S6中，在使一侧的3D线扫成像设备的线激光直接照射另一侧的3D线扫成像设备表面时，移开待测薄膜材料。
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